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Estudo da carga de vento agindo na estrutura: túnel de vento
Trabalho De APS - Atividade Pratica Supervisionada do curso de engenharia Civil da UNIP-Universidade Paulista de Brasília.
 Brasília
2016
NOME: R(A) / TURMA
Cássia Nazaré de Lima França B82AEH-9/ EC8A30 
Estudo da carga de vento agindo na estrutura: túnel de vento
 
 
 
Brasília
 2016
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO......................................................................................04
OBJETIVO DO ESTUDO SOBRE VENTOS EM EDIFICAÇÕES.............05
A AÇÃO DO VENTO NAS EDIFICAÇÕES................................................06
 3.1 VENTO A BARLAVENTO........................................................................07
 3.2 VENTOS PARALELOS...........................................................................08
 3.3 VENTOS COM PRESSÃO INTERNA....................................................08
 3.4 VENTOS COM SUCÇÃO INTERNA......................................................09
 3.5 OUTRAS COMBINAÇÕES...................................................................09
 4. TÚNEL DE VENTO........................................................................................12 
 5. CARGA DE EDIFICIO.................................................................................15
 5.1 Cargas devidas ao vento................................................................16
 5.2 Coeficientes de Pressão e Forma..................................................17
 5.3 Coeficientes de Pressão Interna....................................................19
 5.4 Forças de arrasto do vento..............................................................19
 5.5 Deslocamentos máximo.................................................................19
 5.6 Módulos de Elasticidade.................................................................20
NBR-6123............................................................................................21
 CURIOSIDADES................................................................................23
 8. CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................24
 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS....................................................25
1. INTRODUÇÃO  
Em tempo memoráveis o homem buscou construir suas edificações em vários lugares em rochas, conhecida como cavernas, em áreas abertas com empilhamento de pedras, com dimensões precisas para um maior conforto e proteção, com madeira, palha, enfim uma diversidade de materiais e metodologia nos mais diversos lugares e região do planeta.
Com o tempo e avanços tecnológicos dos materiais, métodos construtivos, adventos do uso do concreto, aço entre muitos outros materiais/fatores, o individuo buscou-se em sua essência demonstrar o seu poder construtivo, através de alcançar níveis além de uma rocha "caverna" em nível terrestre e sim alcançar as nuvens, exercendo uma engenharia na construção de grandes arranha Céu. 
2. OBJETIVO DO ESTUDO SOBRE VENTOS EM EDIFICAÇÕES  
O objetivo principal desta visita foi enriquecer os conhecimentos dos discentes, no que diz respeito ao processo de concretagem e tomar ciência dos fatores de recursos hídricos utilizados no processo de concretos e argamassas, além de conhecer o processo operacional da empresa. Buscara ainda instigar e estimular o visitante no âmbito de seu curso de engenharia civil, sendo possível associar conhecimentos teóricos aos utilizados na pratica. 
3. A AÇÃO DO VENTO NAS EDIFICAÇÕES
O vento exerce pressões e sucções nos edifícios, de forma variada, contínua, intermitente ou repentina causando efeitos indesejáveis, danos materiais de monta e, às vezes, vítimas fatais. Muito mal compreendido, o vento "brasileiro" tem comportamento bastante diferente do vento europeu, do temido vento das monções que sopram no sudeste asiático e também sem nenhuma semelhança com os tornados muito frequentes nos EUA. Infelizmente não temos laboratórios e nem universidades que tenham estudado a fundo os ventos brasileiros. Pior, desejando realizar um estudo completo sobre a ação do vento nas edificações, é difícil encontrar, no Brasil, um Túnel de Vento onde o nosso edifício, na forma de maquete, possa ter um modelo reduzido ensaiado. O presente site, elaborado por Engenheiro Civil formado na USP e com trabalhos no IPT, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, procura mostrar alguns aspectos da ação do vento que passa, muitas vezes despercebidos dos profissionais de projeto de edifícios como os Arquitetos e os Engenheiros de Estruturas.
Cabe o alerta de que, dependendo do porte e da importância do edifício, não basta ser formado em Arquitetura ou Engenharia Civil, necessitando o projetista da estrutura ter especialização em Ação do Vento e, se possível, ter experiência em vento adquirido na passagem por algum Túnel de Vento.
Imagem 1
3.1VENTAM A BARLAVENTO
Imagem 2
PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO.
É o vento "clássico" e sua ação se resume em tentar derrubar a parede. Não conseguindo derrubar a parede, ele desvia e sobe, destruindo o que ele encontrar pelo caminho.
3.2 VENTOS PARALELOS
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PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO VERTICAL SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO.
Agem, geralmente, sobre as coberturas leves, telhas de alumínio ou plásticas. Muitos pensam que o vento "empurra o telhado para baixo" mas o vento paralelo "puxa o telhado para cima" e, se o telhado não estiver bem amarrado nas paredes e pilares, sai voando e se a estrutura metálica do telhado tiver sido bem construída, o telhado "sai inteiro".
3.3 VENTOS COM PRESSÃO INTERNA
Imagem 4
PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO.
No caso de um galpão cuja porta foi esquecida aberta, o vento que penetra para dentro do galpão irá exercer uma pressão de dentro para fora, arrancando as telhas.
A ação do vento pode ser potencializada quando combina com a ação do vento paralelo. É um empurrando as telhas de baixo para cima, com, por exemplo, 15 kgf/m2 e o outro puxando por fora com, por exemplo, 27 kgf/m2 resultando numa força de 15 + 27 = 42 kgf/m2 modo que mesmo telhas pesadas como as de barro podem ser arrancadas pela força combinada.
3.4 VENTOS COM SUCÇÃO INTERNA
Imagem 5
PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO.
É um problema parecido com o do portão esquecido aberto, só que do outro lado do galpão. O vento que já passou pelo galpão, é succionado pela ação a Sotavento que puxa o ar de dentro do galpão e que cria uma pressão negativa dentro do galpão. O telhado puxado para baixo e as paredes são puxadas para dentro. Os vidros das janelas podem quebrar e os estilhaços dos vidros ficarão espalhados no interior do galpão.
Há situações em que o vento tende a envergar a estrutura da cobertura.
3.5 OUTRAS COMBINAÇÕES
O Projetista da estrutura deve analisar todas as combinações possíveis, externas e internas, de ação do vento e estudar também os condicionantes da região como a topografia do terreno, a existência de obstáculos e prédios que possam aumentar a força dos ventos, levar em consideração que portas e janelas podem se romper sob a ação do vento e criar ventos internos e também tentar adivinhar que tipos de reformas serão realizados no futuro abrindo novas portase janelas ou fechando-as.
Uma simples depressão no terreno poderá ocasionar uma concentração do fluxo do vento, aumentando a carga de vento que atua sobre uma parede a barlavento.
 Imagem 6
O que costuma influenciar e, com valores significativos, é a construção de um novo prédio na vizinhança. O novo prédio poderá "canalizar" o fluxo do vento aumentando a velocidade do vento e concentrando a ação diretamente numa das paredes do nosso prédio. Deste modo, prédios que já existiam há muitos anos e que nunca foi solicitado a valores significativos de vento, passam a receber rajadas de vento nunca antes sentido.
Para tentar entender como é isso, imagine que foi construído um prédio numa praia isolada onde não há nenhum outro prédio.
Imagem 7
Neste caso, o vento caminha suave e age sobre o prédio de forma uniforme, uma parte agindo a Sota-vento e a outra parte a Barlavento. O calculista não precisa ter outras preocupações.
4. Túnel de Vento
Conceito e Definições
• O que é túnel de vento?
 Os túneis de vento nada mais são do que Estruturas que propiciam a simulação do Comportamento do ar em relação a diversos tipos de objetos, como aviões, carros e até mesmo na Construção civil.
• É uma instalação que tem por objetivo simular para estudos o efeito do movimento de ar sobre ou ao redor de objetos sólidos.
• Ele tem-se mostrado de grande utilidade em estudos de micro meteorologia, tendo como vantagens a facilidade de controlar a realização de medidas através de análises de sensibilidade, bem como custos de realização menores.
 Geralmente os túneis de vento são formados por ventiladores, tubos para a circulação do ar, corredores para o escoamento e uma área reservada para os ensaios, equipada com uma balança cujos sensores estão conectados a computadores.
 Um equipamento de grande porte que incorpora tecnologia de ponta em medições e pode produzir deslocamentos de ar, com intensidades variáveis, para simulação do desempenho aerodinâmico de edificações e outras estruturas em escala reduzida (maquetes). Esta é uma ferramenta estratégica, capaz de gerar subsídios para projetos arquitetônicos de porte, especialmente no caso de construções sujeitas ao impacto das mudanças climáticas. “Estamos falando de um túnel de vento com características especiais”, explica Carlos Padovezi, diretor de Operações e Negócios do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT).
Imagem 8: Túnel de Vento
Segundo Padovezi, para atender as demandas crescentes por testes de segurança estrutural em setores como o da construção civil, o IPT construiu e opera um Túnel de Vento de Camada Limite Atmosférica.
“Esse equipamento permite realizar ensaios que reproduzem as diferentes condições de escoamento do ar próximo à superfície. Desta forma é possível assegurar a confiabilidade de equipamentos, estruturas e componentes submetidos a cargas de ventos de grandezas variáveis. Podemos determinar os efeitos das cargas de vento sobre estruturas de edifícios, casas, pontes, telhados e viadutos para dar mais confiabilidade aos respectivos projetos construtivos”.
O Túnel de Vento de Camada Limite Atmosférica do IPT – afirma Padovezi – é ferramenta necessária e, ao mesmo tempo, eficaz para atender à demanda do governador Geraldo Alckmin por estudos técnicos visando ao reforço estrutural das edificações que possam ser submetidas a fortes ventanias. “A competência multidisciplinar, técnica e laboratorial do Instituto estará à disposição de São Paulo na busca de soluções de projeto que contribuam para minimizar os impactos das mudanças climáticas”.
 
5. Carga nos Edifícios
Para Bellei, Pinho e Pinho (2008,p.50) "Entende-se por cargas todas as ações impostas pela gravidade [...], meio ambiente (vento etc.) e as devidas ao uso da estrutura [...].''
A análise e o projeto de estrutura geralmente se iniciam com a determinação das cargas e ações atuantes na estrutura e seus elementos. A estrutura deverá suporta as cargas e suas combinações, mantendo as deformações elásticas verticais e horizontais correspondentes dentro dos limites específicos e ainda manter as oscilações nos pisos dentro de níveis de conforto compatíveis.
De acordo com Bellei et. al (2008) as cargas existente em uma edificação, são permanentes, acidentais, devido ao vento e outras cargas.
Para cargas permanentes (CP) inserem o peso próprio da estrutura, peso dos elementos suportado pela mesma, como: piso, paredes, coberturas, escadas e etc. Peso de instalações, acessórios e equipamentos permanentes e quaisquer outras ações de caráter permanente ao longo da vida da edificação.
Para as cargas acidentais (CA) inserem sobrecargas em pisos devida ao peso de pessoas, objetos, materiais estocados, moveis. Cargas de equipamentos, empuxos de terra e pressões hidrostáticas.
Para cargas devidas ao vento (CV) são as pressões e sucção de rajadas devidas ao vento.
Para outras cargas estão variações de temperatura, cargas sísmicas, carga de neve, recalque de fundações e deformações impostas.
Dessas cargas sobreposta nas edificações especularemos a CV que está baseada na Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT Norma 6123/8 - Forças devidas aos ventos em edificações.
5.1 Cargas devidas ao vento
A formação do vento depende de uma série de fenômenos meteorológicos, mas um fator é importante para se levar em conta no calculo estrutural: o vento tem caráter aleatório. Por essa razão os projetistas devem levar em consideração as ações do vento mais desfavoráveis principalmente em estruturas esbeltas.
As considerações do vento, bem como sua forma de aplicação, são constantes da NBR 6123 - forças devidas ao vento em edificações, que é uma norma bastante completa, baseada na norma inglesa e cálculo das probabilidades.
A ação do vento nas estruturas é uma das mais importantes e não pode ser negligenciada, sob o risco de colocar a estrutura em colapso. Para a análise das forças devido ao vento é necessário conhecer os parâmetros, que são: pressão dinâmica (q); coeficiente de pressão (Cpe) e de forma (Ce) externos; coeficiente de pressão interna (Cpi), Coeficiente de arrasto (Ca) e força de arrasto (Fa).
A carga de vento é uns dos fatores que devem ser levado em consideração através das combinações de ações conjunta a carga própria, carga acidentais entre outras para analise dos deslocamentos máximos.
De acordo com Bellei et. al (2008) a pressão dinâmica depende da velocidade do vento e de fatores que a influenciam é dado pela equação da Pressão dinâmica do vento em Newton por metro quadrado (N/m²), conforme mostrado abaixo:
q= Pressão dinâmica do Vento (N/m²) V0 - Velocidade básica do vento medida sobre 3 segundos, que pode ser excedida em média uma vez em 50 anos, a 10 metros sobre o nível do terreno em lugar aberto e plano, metro por segundo (m/s).
S1 - Fator topográfico - são as variações do relevo dos terrenos, tendo variações em terreno plano ou fracamente acidentado; taludes e morros; vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção. Tendo uma variação de 0,9≤S1≥1 para cada terreno. Para os Taludes e morros S1 ≥1 (ver NBR 6123).
S2 - Fator de rugosidade - combinação da rugosidade do terreno, da variação da velocidade do vento com a altura acima do terreno e das dimensões da edificação. A rugosidade do terreno é classificado em cinco categorias e para as edificações em classes A,B,C.
Para analise dos coeficientes das categorias em virtudes das classes desenvolvera uma tabela pra os valores relativos com a altura do terreno, conjunto a sua categoria e classe.
5.2 Coeficientes de Pressão e Forma
Os valores dos coeficientes de pressão e de forma externa para edificações de planta retangular e para as direções críticas do vento são dados na Tabela 5. Para Bellai (2008) superfícies em que ocorram variações consideráveis de pressão foram subdivididas e os coeficientes são dados paracada uma das partes.
Imagem 9: Coeficiente de Pressão externa
 Tabela 1 Coeficiente de Pressão e de Forma externos, para plantas retangulares.
Esse coeficiente tem por finalidade demonstrar a força do vento em cada direção na construção, sendo que ao passar pelo lado maior ou menor as forças da carga vão diminuindo tanto nas laterais quanto na parte inferior, como ilustrado na Tabela 1.
5.3 Coeficientes de Pressão Interna
O coeficiente de pressão interna tem por finalidade a permeabilidade de ar na edificação, de acordo com Bellei et. al (2008) a edificação totalmente impermeável ao ar, a pressão no interior da mesma será invariável no tempo e independente da corrente de ar externa. Para edificações com as quatro faces igualmente permeáveis, considerar o mais nocivo dos valores: Cpi = -0,3 ou 0. Para outros tipos ver NBR 6123.
5.4 Forças de arrasto do vento
Segundo Carvalho e Pinho (2013, p.216) "A força do vento que atua em uma superfície de uma edificação é considerada sempre perpendicular a esta. A força global da ação do Vento Fg é a soma de todas as forças incidentes nas diversas partes [..] que compõem o edifício".
A componente da força global do vento é a força de arrasto Fa, obtida por:
Relembrando que q é a pressão dinâmica, Ae é a área frontal efetiva, ou seja, área da projeção ortogonal da edificação, estrutura ou elemento estrutural, sobre um plano perpendicular à direção do vento e Ca é o coeficiente de arrasto encontrado no gráfico.
5.5 Deslocamentos Máximos
Segundo a NBR 6118:2003, na composição estrutural muitas vezes é interessante arranjar os elementos estruturais de modo a proporcionarem aumento de rigidez em direções criticas a estes conjuntos.
Os deslocamentos de apoio só devem ser considerados quando gerarem esforços significativos em relação ao conjunto das outras ações, isto é, quando a estrutura for hiperestática e muito rígida.
O deslocamento de cada apoio deve ser avaliado em função das características físicas do correspondente material de fundação. Como representativos desses deslocamentos, devem ser considerados os valores característicos superiores, δksup, calculados com avaliação pessimista da rigidez do material de fundação, correspondente, em princípio, ao quantil 5% da respectiva distribuição de probabilidade. Os valores característicos inferiores podem ser considerados nulos. O conjunto desses deslocamentos constitui-se numa única ação, admitindo-se que todos eles sejam majorados pelo mesmo coeficiente de ponderação.
5.6 Módulos de Elasticidade
O módulo de elasticidade deve ser obtido segundo ensaio descrito na ABNT NBR 8522, sendo considerado nesta Norma o módulo de deformação tangente inicial cordal a 30% fc, ou outra tensão especificada em projeto. Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto usado na idade de 28 d pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade usando a expressão:
Onde: Eci e fck são dados em megapascal
O módulo de elasticidade numa idade j ≥ 7 d pode também ser avaliado através dessa expressão, substituindo-se fck por fckj.
Quando for o caso, é esse o módulo de elasticidade a ser especificado em projeto e controlado na obra. O módulo de elasticidade secante a ser utilizado nas análises elásticas de projeto, especialmente para determinação de esforços solicitantes e verificação de estados limites de serviço, deve ser calculado pela expressão:
Na avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou seção transversal pode ser adotado um módulo de elasticidade único, à tração e à compressão, igual ao módulo de elasticidade secante (Ecs).
NBR-6123
A norma brasileira NBR-6123 - Forças devidas ao vento em edificações - estabelece todas as condições que devem ser consideradas para o correto dimensionamento das estruturas de um edifício.
Considera uma série de fatores como a região do Brasil que mais venta, se o terreno no entorno do prédio é plano ou acidentado e a própria forma do edifício. Veja um roteiro prático para a determinação do Vento Básico e do Vento Característico clicando aqui -. Lembre-se que um prédio, mesmo que localizado no centro da região que mais venta no Brasil pode não ser atingido por este vento e, da mesma forma, outro prédio, este localizado na região que menos venta pode vir a ser atingido por um vento fenomenal, tudo isso dependendo de fatores locais como concentração de prédios, existência de um rio ou uma grande avenida ou uma grande via férrea que podem "canalizar" o fluxo dos ventos.
Não podemos negar a importância e a "boa vontade" daqueles que elaboraram a norma em 1988, mas a visão e a compreensão sobre as formas que o vento se vale para tentar "derrubar" um prédio mudou muito nos últimos anos.
Entretanto nem tudo está perdido. Há um interessantíssimo trabalho feito pelo IPT, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, que andou ensaiando, no seu Túnel de Vento, os efeitos negativos de prédios altos no bairro do Tatuapé, o bairro que apresentou o maior crescimento (mais de 175 prédios novos construídos na década de 90). 
Ainda vai demorar, creio, até que seja lançada uma nova versão da norma, que leve em consideração até fatores dinâmicos como vibraçoes e trepidações, pois a elaboração de uma nova versão demandará um custo que dificilmente será coberto na atual condição em que uma norma é produzida no Brasil, contando apenas com o trabalho voluntário (leia-se "de graça") de alguns abnegados profissionais que tenham atuado na questão. Fenômenos dinâmicos como a vibração, trepidação e balanço precisam ainda serem pesquisados e muitas teses acadêmicas ainda deverão ser produzidas.
7. Curiosidades
Para tais edificações fora analisado a carga de vento. No mundo o Edifício mais alto o Burj khalifa, com seus 828 metros em outros lugares informa 829.8 metros, como demonstrado em suas imagens, com uma aerodinâmica para combater a carga de vento.
Imagem 10: Edifício Burj Khalifa - Dubai nos Emirados Árabes
No Brasil existe uma enorme variedade de edificações, concentradas na região Sudoeste do país, tendo as maiores a beira mar. Porém existe vário arranha céus espalho em todos os países principalmente nas capitais dos estados.
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Conclui-se este trabalho, com a convicção da importância deste, para enriquecer nossos conhecimentos teóricos adquiridos, estamos concisos da importância deste trabalho para nosso curso de engenharia civil e nossa carreira.
A pesquisa da Atividade Pratica Supervisionada favoreceu o conhecimento e ganhos incalculáveis na vida acadêmica e futuramente profissionais dos alunos. Conhecendo os fatores de cada local da edificação, os fatores estatísticos para finalidade, sendo o fator de rugosidade precisa de parâmetros para encontrar esse coeficiente. Considera se que a perspectiva das acadêmicas a cada vez que verificar as mais simples edificação terá um olhar analítico em relação ao vento. Foi possível conhecer o processo Tal teste permite verificar as características de conforto humano em função das vibrações do prédio, e alcançar maior segurança no projeto estrutural. 
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações – Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.
BELLEI, Ildony H; PINHO, Fernando O; PINHO, Mauro O. Edifícios de Múltiplos Andares em Aço: segundo a NBR 80:2008.2.ed. rev. e amp. São Paulo: PINI, 2008.
CARVALHO, Roberto Chust; FIGUEIREDO FILHO, Jasson Rodrigues de. Cálculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado: segundo a NBR 6118:2014. 4.ed. São Paulo:EduFSCar,2014.
http://www.ebanataw.com.br/roberto/vento/ventonotatuape.htm 
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